フェレットを用いた脳神経系の形成メカニズムの解明

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H03338
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 河崎 洋志 金沢大学, 医学系, 教授 (50303904)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 大脳皮質

研究実績の概要

ヒトの大脳皮質はマウスの大脳皮質に比べてサイズが大きく、またその表面にシワ(脳回)が存在するなど著しく発達している。脳回は大脳皮質の高機能化の基盤となる重要な構造であるが、マウスでの解析が不可能であるためにその形成機構および異常疾患病態は不明な点が多い。そこで本研究では、脳回を持つ食肉類哺乳動物フェレットを用いることにより、脳回形成の分子機構を解明することを目的とした。特に我々が確立したフェレット脳への子宮内電気穿孔法とCRIPSR/Cas9を応用した遺伝子操作技術を駆使することが特徴的である。我々はこれまでに脳回形成に関わる遺伝子を探索した結果、線維芽細胞増殖因子(FGF)シグナルやsonic hedgehog (Shh)シグナルが脳回形成に関わっていることを見いだしていた。Shhシグナルが活性化するとGli1発現量が高くなることが知られている。そこでフェレットの形成期大脳皮質でのGli1 mRNA発現をin situ hybridizationを用いて検討した結果、oRGのなかにGli1陽性とGli1陰性の２群の細胞が存在することを見いだした。続いて、活性化型Shh (Shh-N)を胎生33日齢のフェレット大脳皮質へ導入しShhシグナルを活性化させたところGli1陽性oRGが増加し、逆にShhシグナルを阻害するHhipΔC22を導入したところGli1陽性oRGが減少したことから、ShhシグナルはGli1陽性oRGの増加に必要かつ十分であることがわかった。これらの成果は、滑脳症や多小脳回症などの脳回に関する疾患の病態解明にも発展するのみならず、脳回以外の高等哺乳動物に特有の多様な脳神経構築の形成機構解明への突破口となるなど波及効果も大きい。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

フェレットの形成期大脳皮質でShhシグナルが活性化している細胞の同定を行った結果、oRG細胞のなかにGli1陽性とGli1陰性の２群の細胞が存在することを見いだした。この結果は、oRG細胞のなかに異なる２つの亜集団が存在している可能性を示唆している。ShhシグナルがGli1陽性oRGの増加に必要かつ十分であること見いだしていることから、順調に研究は進んでいると言える。

今後の研究の推進方策

これまでは神経細胞に焦点を絞り、FGFシグナルやShhシグナルの脳回形成における重要性を検討してきた。今後はこれらのシグナルのグリア細胞における重要性を解析することにより、脳回形成に関わるメカニズムを明らかにする。

研究成果

• [国際共同研究] Univ of Notre Dame(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Univ of Notre Dame
• [国際共同研究] VIB Research Center(ベルギー)
  • 国名: ベルギー
  • 外国機関名: VIB Research Center
• [雑誌論文] Shank3a/b isoforms regulate the susceptibility to seizures and thalamocortical development in the early postnatal period of mice (2023)
  • 著者名/発表者名: Okuzono Sayaka、Fujii Fumihiko、Matsushita Yuki、Setoyama Daiki、Shinmyo Yohei、Taira Ryoji、Yonemoto Kousuke、Akamine Satoshi、Motomura Yoshitomo、Sanefuji Masafumi、Sakurai Takeshi、Kawasaki Hiroshi、Han Kihoon、Kato Takahiro A.、Torisu Hiroyuki、Kang Dongchon、Nakabeppu Yusaku、Sakai Yasunari、Ohga Shouichi
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 193 ページ: 13～19
  • DOI: 10.1016/j.neures.2023.03.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of Tau protein as a novel marker for maturation and pathological changes of oligodendrocytes (2023)
  • 著者名/発表者名: Torii Tomohiro、Miyamoto Yuki、Nakata Rinaho、Higashi Yuto、Shinmyo Yohei、Kawasaki Hiroshi、Miyasaka Tomohiro、Misonou Hiroaki
  • 雑誌名: Glia 巻: 71 ページ: 1002～1017
  • DOI: 10.1002/glia.24322
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation of the mechanisms underlying the development and evolution of the cerebral cortex using gyrencephalic ferrets (2023)
  • 著者名/発表者名: Shinmyo Y. and Kawasaki H.
  • 雑誌名: Neocortical Neurogenesis in Development and Evolution 巻: － ページ: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] A New Technical Approach for Cross-species Examination of Neuronal Wiring and Adult Neuron-glia Functions (2023)
  • 著者名/発表者名: Edwards-Faret Gabriela、de Vin Filip、Slezak Michal、Gollenbeck Lennart、Karaman Ruchan、Shinmyo Yohei、Batiuk Mykhailo Y.、Pando Carmen Menacho、Urschitz Johann、Rincon Melvin Y.、Moisyadi Stefan、Schnutgen Frank、Kawasaki Hiroshi、Schmucker Dietmar、Holt Matthew G.
  • 雑誌名: Neuroscience 巻: 508 ページ: 40-51
  • DOI: 10.1016/j.neuroscience.2022.11.029
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Isolation of ferret astrocytes reveals their morphological, transcriptional, and functional differences from mouse astrocytes (2022)
  • 著者名/発表者名: Roboon Jureepon、Hattori Tsuyoshi、Nguyen Dinh Thi、Ishii Hiroshi、Takarada-Iemata Mika、Kannon Takayuki、Hosomichi Kazuyoshi、Maejima Takashi、Saito Kengo、Shinmyo Yohei、Mieda Michihiro、Tajima Atsushi、Kawasaki Hiroshi、Hori Osamu
  • 雑誌名: Frontiers in Cellular Neuroscience 巻: 16 ページ: 877131
  • DOI: 10.3389/fncel.2022.877131
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mechanisms underlying the development and evolution of the mammalian cerebral cortex (2022)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki H.
  • 雑誌名: Siberian Medical Review 巻: 2 ページ: 105
  • DOI: 10.20333/25000136-2022-2-105
  • 査読あり
• [雑誌論文] Orchestrated neuronal migration and cortical folding: A computational and experimental study (2022)
  • 著者名/発表者名: Wang Shuolun、Saito Kengo、Kawasaki Hiroshi、Holland Maria A.
  • 雑誌名: PLOS Computational Biology 巻: 18 ページ: e1010190
  • DOI: 10.1371/journal.pcbi.1010190
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Mechanisms underlying the development and evolution of folds of the cerebral cortex of the brain (2023)
  • 著者名/発表者名: 河崎洋志
  • 学会等名: 第21回武田科学振興財団生命科学シンポジウム「ヒト発生と進化の理解に向けて」
• [学会発表] フェレットを用いた大脳の肥大化と複雑化のメカニズムの解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 河崎洋志
  • 学会等名: 第45回日本神経科学大会
  • 招待講演
• [学会発表] FGFシグナルのポジティブフィードバックループがアストロサ イトの増加と大脳の脳回形成を誘導する (2022)
  • 著者名/発表者名: 新明洋平、齋藤健吾、浜辺-堀池俊秀、亀谷匠郁、服部剛志、観音隆幸、細道一善、Michal Slezak、Matthew G. Holt、田嶋敦、堀修、河崎洋志
  • 学会等名: 第45回日本神経科学大会
• [学会発表] 高等哺乳動物を用いた脳神経系の形成、進化および疾患病態の研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 河崎洋志
  • 学会等名: 第22回日本分子脳神経外科学会
  • 招待講演
• [学会発表] 高等哺乳動物を用いた新規膠芽腫モデル (2022)
  • 著者名/発表者名: 水口敬司、齋藤健吾、堀池俊秀、亀谷匠郁、新明洋平、池田博子、中田光俊、河崎洋志
  • 学会等名: 第22回日本分子脳神経外科学会
• [学会発表] フェレットを用いた脳神経系の発生と進化の研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 河崎洋志
  • 学会等名: 第2回反分野的生物医療学会
  • 招待講演
• [学会発表] A positive feedback loop of FGF signaling induces astrocyte expansion and folding of the cerebral cortex in gyrencephalic animals (2022)
  • 著者名/発表者名: Yohei Shinmyo, Kengo Saito, Toshihide Hamabe-Horiike, Narufumi Kameya, Tsuyoshi Hattori, Takayuki Kannon, Kazuyoshi Hosomichi, Michal Slezak, Matthew G. Holt, Atsushi Tajima, Osamu Hori, Hiroshi Kawasaki
  • 学会等名: International symposium "Development and Plasticity of the Brain"
  • 国際学会
• [備考] 金沢大学医学系脳神経医学研究分野
  • URL: http://square.umin.ac.jp/top/kawasaki-lab/